一种联合调制反馈和温度补偿改善闭环MEMS电容式加速度计漂移的方法
目的：根据Allan方差定义，分析引起闭环MEMS电容式加速度计中长期漂移的因素，研究相应的消除和补偿方法，实现降低漂移、提高闭环MEMS加速度计稳定性的目的。
创新点：首先设计利用载波调制反馈电压信号的方法，避开并滤除反馈通道上的低频噪声，降低Allan方差的偏置不稳定性；然后在反馈通道上加入参考信号，利用该参考信号经过模拟部分后被解调的相位来表征温度，进行温度补偿，进一步降低Allan方差的长期漂移。
方法：首先，根据Allan方差的偏置不稳定性定义，其影响因素来自于闭环系统的低频噪声。根据文献资料和作者之前的实验测试情况，大部分低频噪声来自于反馈通道，因反馈信号是低频电压信号。为降低反馈通道低频噪声，设计载波调制反馈信号及通过高通滤波器滤除低频噪声的方案MFA（图4）。经测试，采用MFA的输出噪声和1小时的稳定性明显优于反馈信号直接反馈的方案DFA（图10-12）。在MFA基础上，继续增加一个参考信号，该信号通过整个系统的模拟部分后被数字系统解调，其相位信息携带了外界温度变化信息，从而可利用该相位信息进行实时温度补偿（图5、6）。对温度补偿方案进行静态温度范围测试（图16），补偿后的度系数是补偿前的1/46；在快速动态温度变化下（图17），实时补偿结果是未补偿的1/8，显示了较好的补偿特性。温度补偿后的Allan方差长期漂移获得明显降低，而偏置不稳定性略微升高（图18、19）。总体上看，利用MFA和温度补偿，闭环MEMS电容式加速度计的整体漂移特性得到较好抑制。
结论：针对闭环MEMS电容式加速度计漂移问题，提出载波调制反馈和新型温度补偿方案。两种方案能够在同一闭环系统中同时使用，分别降低了偏置不稳定性和长期温度漂移，1 h的Allan方差显示，偏置不稳定性约为13 μg,100 s积分时间的漂移为17 μg，温度系数降到0.1 mg/℃，显示了较好的稳定性。
关键词：
偏置漂移,
闭环MEMS加速度计,
调制反馈,
温度补偿
